Coincidendo pertanto la volontà dell'Imperatore col desiderio del popolo, Ambrogio venne battezzato (era infatti solo catecumeno), e iniziato ai riti sacri. Otto giorni dopo, precisamente il 7 dicembre 374, riceveva la consacrazione episcopale.

Divenuto vescovo, fu suo impegno difendere con coraggio la fede cattolica e i diritti della Chiesa, convertire alla vera fede molti ariani ed altri eretici; fra questi generò a Gesù Cristo Sant'Agostino, il grande dottore della Chiesa. Sollecito del bene di tutte le chiese, sapeva intervenire con grande energia e costanza; fu instancabile nell'adempiere i doveri del ministero pastorale, amministrando personalmente il battesimo a quasi tutti i candidati tanto che, dopo la sua morte, cinque vescovi riuscivano appena a supplirlo.

Amò intensamente i poveri e i prigionieri: donò ai poveri e alla Chiesa tutto l'oro e l'argento che possedeva quando fu eletto vescovo; alla Chiesa donò pure i suoi terreni, destinandone il solo usufrutto alla sorella Marcellina, in modo da non serbare per sé cosa alcuna che potesse dire sua. Così, come soldato privo di impedimenti e pronto a combattere, si mise al seguito di Cristo Signore che «da ricco che era si è fatto povero per noi, perché diventassimo ricchi per mezzo della sua povertà».

Godeva con coloro che erano nella gioia, piangeva con chi era afflitto; ogni volta che qualcuno gli confessava i suoi peccati per riceverne la penitenza, piangeva a tal punto da indurre al pianto il penitente: si considerava infatti peccatore col peccatore.

Dopo l'assassinio dell'Imperatore Graziano, si recò ripetutamente da Massimo, suo uccisore: poiché questi si rifiutava di fare penitenza, Ambrogio ruppe la comunione con lui. Così come proibì l'ingresso in chiesa all'Imperatore Teodosio, a causa della strage di Tessalonica finché non ebbe umilmente eseguita la penitenza da lui stesso imposta.

Ambrogio ha lasciato opere e libri di grande valore.